Mareczky Zoltán PhD hallgató Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék Témavezetők: dr. Réczey Istvánné dr. Barta Zsolt mareczky@mail.bme.hu Eötvös Lóránd Tudományegyetem Környezettudományi Doktori Iskolák Konferenciája 2012.8.30.
Xilit = nyírfacukor Xilózból keletkező cukoralkohol Figyelemreméltó tulajdonságokkal rendelkező aldopentóz Növényvilágban elterjedt Emberi szervezetben is előfordul (Pentóz-foszfát út) Több, mint 100 éve fedezték fel Ipari előállítása 1975-től (Finnország, Svájc) 2
Glikémiás indexe: 7 (szacharóz: 60) Felszívódó széndhidrát-, és kalóriatartalom kisebb a glükózénál (40%) Hasznosulás arány: kb. 50% Lassabb felszívódás és átalakulás jóllakottság Segít megőrizni a megfelelő vércukorszintet 3
Xilit Xilulóz Ribulóz Glükóz-6-P (EMP út) (epimeráz) A xilit mennyiségi korlátozás nélkül, az alkalmazási céljának megfelelő keretek között biztonságosan alkalmazható Túlfogyasztás hasmenést okozhat (megnövekedett ozmolaritás a vastagbélben) Anyagcsere zavarok, Candida diéta esetén is alkalmazható 4
Cukormentes rágógumik és cukorkák édesítésére használják (legintenzívebb hűsítő hatású cukoralkohol) Fogkrémekben (fluorid mellett a másik legfontosabb alkotó) A szájban található baktériumok nem képesek felhasználni (fogak és íny védelme) Lepedékképződést csökkentő hatás Fogszuvasodást mérséklő hatás (80%!) Mérsékli a szájszárazságot Ásv. anyagok fogzománcba épülése 5
Infúziós oldatok energiahordozójaként is elterjedt Felső légúti megbetegések esetén (torok és orr nyálkahártyán) A xilit kulcsszerepet tölthet be a diabetes megelőzésében és kezelésében Segítségével könnyebb a testsúly kontrollálása Csökkentheti a veseelégtelenség, a szívbetegség valamint az infarktus kockázatát 6
A xilit előfordul egyes gyümölcsökben és zöldségekben is ezekből kivonni nem gazdaságos Ipari méretű gyártás xilózból történik (Dansico - nyírfa) Lehetséges nyersanyagok: Xilózban gazdag keményfák (nyír, bükk) Búza, rizs, zab maghéja Egyes csonthéjasok héja Kukorica: szár, csutka és rost Cukornád bagasz 7
A hemicellulózt előkezelés után nagy nyomáson és hőmérsékleten sósavval hidrolizálják a keletkező monoszacharidokat elválasztják xilóz Keletkezett xilóz feldolgozása: 1. Kémiai átalakítás: vegyi redukció, Raney-Ni katalizátor, nagy nyomás és hőm. - drága, körülményes, sok hulladékot termel 2. Fermentáció: számos élesztő és sugárgomba törzs 8
Bacillus subtilis Candida boidinii Candida guilliermondii Candida maltosa Candida parapsilosis Candida pelliculosa Candida shehatae Candida tropicalis Corynebacterium sp. Cryptococcus sp. Debaryomyces hansenii Enterobacter liqufaciens Escerichia coli Hansenula polymorpha Klyveromyces sp. Mycobacterium smegmatis Pachysolen tannophilus Petromyces albertensis Pichia farinosa Pichia stiptis Rhodotorula sp. Saccharomyces cerevisiae Trichosporon sp. 9
A xilóz konverzió hatásfokát és a xilit hozamot számos tényező befolyásolja. A különböző paraméterek egymásra gyakorolt hatása meghatározó a folyamatban. Befolyásoló tényezők: 1. tápközeg összetétele: - glükóz csak növekedéshez, ha túl sok, akkor gátol (etanol élesztő tolerancia max.) - Egyes monoszacharidok is gátolhatnak - Glicerin és L-Arabinóz jelenléte fontos (xilit!) - Legjobb inducer a D-xilóz 10
2. Enzimek: Xilóz Xilit Xilulóz 3. Levegőztetés: (Xilóz-reduktáz) NADPH (xilit-dehidrogenáz) NAD+ - Anaerob körülmények között etanolos erjedés - Aerob körülmények alacsony xilit hozam (légzési lánc miatt nagy NAD+ regeneráció) - Semi-aerob körülmények ideális 4. ph érték: Optimális 4.5-6.0 5. Hőmérséklet: Optimális 30ºC 6. Kristályosítás: kritikus lépés, xilit kinyerés (aktív szenes tisztítás után,1 óra, szobahőmérséklet) 11
A xilóz konverziója xilitté minél nagyobb hozammal, különböző élesztők segítségével, kontrollált körülmények között. A különböző élesztők hatékonyságának összehasonlítása segítségével az ideális törzs megtalálása. A fermentációs rendszer tényezőinek (ph, tápközeg összetétel, levegőztetés) egymásra hatásának feltérképezése és megértése. Távlati céljaink között szerepel, hogy olyan módszert dolgozzunk ki, mellyel a jelenleginél gazdaságosabbá tehető a nagyipari xilit előállítás. 12
3 Candida törzs Rázatott lombikos fermentáció 1. Candida boidinii 2. Candida parapsilosis 3. Candida guilliermondii 72 órás előtenyésztés történt Tápközeg: 52g/L xilóz, 22 g glükóz ph a fermentáció elején 6.0-ra állítva, közben nincs ph állítás Rázatás 125 rpm, hőmérséklet: konst. 30 C, semiaerob 13
14
15
16
A megfelelő fermentációs paraméterek beállításával és szabályozásával számos élesztő gombával képesek vagyunk a növényvilágban elterjedt lignocellulózból származó xilóz xilitté történő átalakítására. Az ideális élesztő törzs megtalálásával és a megfelelő paraméterek beállításával a keletkező xilit hozamát is maximalizálhatjuk. További tervek: - Kísérleti terv (C. parapsilosis) - Optikai denzitás mérése - Fermentor (30 l) 17
18
19